4.4. Механические колебания

С точки зрения безопасности труда в геологоразведочном деле виб-

рация и шум – одни из наиболее распространенных вредных производ-

ственных факторов на производстве (эксплуатация буровых станков при

бурении скважин, производство гидрогеологических откачек, взрывы

при сейсморазведочных работах и т.д.). Шум и вибрация относятся к

механическим колебаниям. Общее между ними то, что они связаны с

переносом энергии. При определенной величине и частоте эта энергия

может выступать как вредный или опасный производственный фактор.

Если упругие колебания распространяются под действием какой-то

возмущающей силы (источника) или в воздухе, или в жидкой, или в

твердой среде – это акустические колебания. Они могут быть как слы-

шимы, так не слышимы для человека. Частота звука от 20 Гц до 20 000

Гц воспринимается ухом человека, частота звука менее 20 Гц представ-

ляет инфразвук, а более 20 КГц – ультразвук. Ультразвуки применя-

ются в промышленности для контрольно-измерительных целей (дефек-

тоскопия, измерение толщины стенок трубопроводов и др.), а также для

осуществления различных технологических процессов – очистка дета-

лей, сварка, пайка, дробление и т.д. Инфразвук в производственных ус-

ловиях обычно сочетается с низкочастотным шумом или вибрацией.

Источниками инфразвука являются компрессоры, дизельные двигатели,

вентиляторы, реактивные двигатели, транспортные средства и др. Од-

ним из промышленных источников инфразвука являются тихоходные

машины, число рабочих циклов которых не превышает 20 в секунду.

Таким образом, кроме шумового и вибрационного воздействия, вред-

67

ное влияние на человека в процессе труда могут оказывать инфразвуко-

вые и ультразвуковые колебания.

4.4.1. Основные физические характеристики шума, вибрации,

ультра- и инфразвука. Шум – это сочетание звуков различной часто-

ты и интенсивности. Основными физическими характеристиками шума

являются: частота звука, интенсивность звука, звуковое давление.

1. Основным признаком механических колебаний является повтор-

ность процесса движения через определенный промежуток времени.

Минимальный интервал времени, через который происходит повторе-

ние движения тела, называют периодом колебаний (Т), а обратную ему

величину – частотой колебаний (f). Эти величины связаны между собой

простым соотношением:

Т

f

1

,

где f – частота колебаний в герцах (Гц); Т – период колебаний в се-

кундах, с.

Таким образом, частота колебаний определяет число колебаний,

произошедших за 1 секунду. Единица измерения частоты – герц (Гц).

2. Для характеристики среднего потока энергии в какой-либо точке

среды вводят понятие интенсивности звука (I) – это количество энер-

гии, переносимое звуковой волной за единицу времени через единицу

площади поверхности, нормальной (расположенной под углом 90°) к

направлению распространения волны. Интенсивность звука выражается

следующим образом:

2

С

Р

I , (Вт/м2);

где I – интенсивность звука, Вт/м2; Р – звуковое давление (общее

количество звуковой энергии), Па; ρ – плотность среды, кг/м3;

(ρвозд. =1.29 кг/м3); С – скорость звука в среде, м/с; (С возд.= 340 м/с,

С бетона =4 000 м/с);

Сила воздействия звуковой волны на барабанную перепонку челове-

ческого уха зависят от звукового давления. Звуковое давление – это до-

полнительное давление, возникающее в газе или жидкости при нахож-

дении там звуковой волны.

Для характеристики уровня шума используют не непосредственно

значения интенсивности звука и звукового давления, которыми неудоб-

но оперировать, а их логарифмические значения, называемые уровнем

интенсивности звука или уровнем звукового давления.

3. Уровень интенсивности звука (уровень звукового давления) опре-

деляют по формуле:

68

0

20lg

P

P

L

x ,

где L – уровень интенсивности в децибелах (дБ) или громкость; Р x –

измеряемое звуковое давление, Па; Р0 – пороговое звуковое давление

(Ро – постоянная величина, Ро = 2 · 102 Па на частоте 1000 Гц).

Давление (Рx) измеряется шумомером, где чувствительность шкалы

А к различным частотам соответствует характеру восприятия шума че-

ловеком. Человеческое ухо, а также многие акустические приборы реа-

гируют не на интенсивность звука, а на звуковое давление. Уровень

звукового давления обратно пропорционален расстоянию от источника

звука.

Вибрация – это совокупность механических колебаний, испыты-

ваемых каким-либо телом.

Вибрацию вызывают неуравновешенные силовые воздействия, воз-

никающие при работе различных машин и механизмов. Примером таких

устройств могут служить ручные перфораторы, кривошипно-шатунные

механизмы и другие, детали которых совершают возвратно-

поступательные движения. Вибрацию также создают не-

уравновешенные вращающиеся механизмы (электродрели, ручные

шлифовальные машины, металлообрабатывающие станки, вентиляторы

и т.д.), а также устройства, в которых движущиеся детали совершают

ударные воздействия (зубчатые передачи, подшипники и т.д.). В про-

мышленности также используются специальные вибрационные уста-

новки, в частности, при уплотнении бетонных смесей, при дроблении,

измельчении и сортировке сыпучих материалов, при разгрузке транс-

портных средств и в ряде других случаев.

Основными характеристиками вибраций являются:

а) частота колебаний, (f), гц;

б) амплитуда перемещения, мм;

в) виброскорость, V, мм/с;

Значения виброскорости и виброускорения для различных источни-

ков изменяются в очень широких пределах, поэтому, как и для шума,

удобнее пользоваться их логарифмическими характеристиками. Так, ло-

гарифмический уровень виброскорости (или просто уровень виброско-

рости) определяется по формуле:

8 5 10

20lg

V

Lv ;

где Lv – уровень виброскорости, дБ; V – виброскорость, м/с;

(5·10-8м/с) – пороговое значение колебательной скорости, стандартизо-

ванное в международном масштабе.

По аналогии логарифмический уровень виброускорения может быть

69

определен следующим образом:

6 10

20lg

a

La

где La – уровень виброускорения, дБ; а – ускорение колебаний,

м/с2; (3∙10-4 м2/с) – пороговое значение ускорения колебаний, стандарти-

зованное в международном масштабе.

Характеристиками ультразвуковых и инфразвуковых колебаний, как

и в случае звуковых волн, являются уровень интенсивности (Вт/м2),

уровень звукового давления (Па) и частота (Гц).